文档介绍：第三届中国 LNG 论坛论文编号:1230707
气体膨胀天然气带压液化流程的模拟和优化分析
熊晓俊,林文胜,顾安忠
(上海交通大学制冷与低温研究所上海 200240)
摘要:天然气带压液化流程在较高的温度和压力下储存液化天然气,较高的温度大大增加了 CO2 在液化天然气中
的溶解度,从而使得 CO2 含量低的天然气可以省去占地面积很大的 CO2 预处理装置,为海上天然气的液化提供便利。
本文利用 HYSYS 软件对气体膨胀天然气带压液化流程进行了模拟计算。分别采用 N2、50% N2+50% CH4、CH4 作为
制冷剂,以产品单位能耗为衡量指标,对流程的关键参数进行了优化分析。对三种制冷剂的性能进行了比较,结果
表明 CH4 是能耗最低的制冷剂。此外,对常规 N2 膨胀天然气液化流程也进行了优化分析,并将优化结果与 N2 膨胀
天然气带压液化流程的优化结果进行了比较,结果表明后者不仅占地面积小,而且能耗低,故而十分适合海上天然
气的液化。
关键词:液化天然气(LNG);液化流程;模拟;优化;能耗
1 前言
天然气作为一种清洁高效的能源,受到世界各国的广泛关注。勘探实践表明,海洋蕴藏了约全
球 1/3 的天然气资源[1],为将这部分宝贵的资源输运到用户端,比体积仅为天然气 1/600 的液化天然
气(LNG)成为了最具竞争优势的技术方案。然而海上天然气的液化面临着诸多难题,其中之一就
是如何减小液化装置的占地面积,为解决这一难题,国外学者提出了带压液化天然气(PLNG)技术
[2,3]。
PLNG 技术是指天然气液化后在较高的压力(1~2MPa)下储存运输,其对应的冷凝温度也由
传统流程的-160℃明显提高至-100~-120℃。由于冷凝温度的提高,二氧化碳在 LNG 中的溶解度也
[4]
显著提高,由 %以下提高到 %~%(摩尔分数) ,这样一来,对于 CO2 含量低于 %的
原料天然气就可以省去 CO2 预处理装置,从而大大减小占地面积。PLNG 技术的这一优势无疑为海
上天然气的开发利用带来了极大便利,然而 PLNG 技术虽被提出,但有关 PLNG 流程的运行参数、
性能优化方面的研究几乎未见报道。
由于气体膨胀式天然气液化系统具有易启停、流程简单,结构紧凑等优点,十分适合海上天然
[5]
气的液化,因此本文采取了这种形式的液化流程,针对 CO2 含量较低的海上天然气设计了一种气
体膨胀带压液化流程,并利用 HYSYS 软件对它进行了模拟计算。分别采用 N2、50% N2+50% CH4、
CH4 三种物质做为制冷剂,以产品 LNG 的单位能耗为指标,对流程的关键参数进行了优化分析,为
生产设计提供指导和依据。此外,还将优化后的 N2 膨胀天然气带压液化流程与常规 N2 膨胀天然气
液化流程进行了比较。
2 液化流程
本文针对 CO2 含量较低的海上天然气设计了一种气体膨胀带压液化流程,借助 HYSYS 软件模
拟的流程如图 1 所示。为简化研究,本文省略了天然气脱 H2S、重烃、水等净化处理过程。将净化
后带有一定压力的天然气 101 引入换热器 HEX-101 和 HEX-102 降温后节流至 1~2MPa,变成液化
产品后